What I'm going to show you are the astonishing molecular machines that create the living fabric of your body. Now molecules are really, really tiny. And by tiny, I mean really. They're smaller than a wavelength of light, so we have no way to directly observe them. But through science, we do have a fairly good idea of what's going on down at the molecular scale. So what we can do is actually tell you about the molecules, but we don't really have a direct way of showing you the molecules.
Es jums paradīšu pārsteidzošās molekulārās mašīnas, kas veido jūsu ķermeņa dzīvo materiālu. Molekulas ir ļoti, ļoti sīkas. Ar „sīkas” es domāju patiešām sīkas. Tās ir mazākas nekā gaismas vilņa garums, tādēļ mums nav veidu, kā tās tieši novērot. Tomēr, izmantojot zinātni, mums ir visai labs priekšstats par to, kas notiek molekulārā mērogā. Tādēļ mēs varam pastāstīt par molekulām, taču mums nav tiešu veidu, kā parādīt molekulas.
One way around this is to draw pictures. And this idea is actually nothing new. Scientists have always created pictures as part of their thinking and discovery process. They draw pictures of what they're observing with their eyes, through technology like telescopes and microscopes, and also what they're thinking about in their minds. I picked two well-known examples, because they're very well-known for expressing science through art.
Viens veids, kā to risināt, ir zīmēt attēlus. Šī doma nav nekāds jaunums. Zinātnieki vienmēr ir radījuši attēlus, kas ir daļa no domāšanas un atklāšanas procesa. Viņi attēlo to, ko redz savām acīm, izmantojot tādu tehnoloģiju kā teleskops vai mikroskops, kā arī to, ko viņi iztēlojas galvā. Izvēlējos divus labi pazīstamus piemērus, jo tie ir ļoti plaši zināmi veidi, kā zinātne parādīta ar mākslas palīdzību.
And I start with Galileo, who used the world's first telescope to look at the Moon. And he transformed our understanding of the Moon. The perception in the 17th century was the Moon was a perfect heavenly sphere. But what Galileo saw was a rocky, barren world, which he expressed through his watercolor painting.
Sākšu ar Galileo, kurš izmantoja pirmo teleskopu pasaulē, lai skatītos uz Mēnesi. Viņš mainīja mūsu priekšstatu par Mēnesi. 17. gs. pastāvēja uzskats, ka Mēness ir ideāla debesu lode. Tomēr Galileo ieraudzīja akmeņainu un neauglīgu pasauli, ko viņš arī attēloja savos akvareļa gleznojumos.
Another scientist with very big ideas, the superstar of biology is Charles Darwin. And with this famous entry in his notebook, he begins in the top left-hand corner with, "I think," and then sketches out the first tree of life, which is his perception of how all the species, all living things on Earth are connected through evolutionary history -- the origin of species through natural selection and divergence from an ancestral population.
Cits zinātnieks ar ļoti lielām idejām, bioloģijas superzvaigzne — Čārlzs Darvins. Slaveno ierakstu piezīmju grāmatiņā viņš sāka ar „man šķiet” augšējā kreisajā stūrī un tad ieskicēja pirmo dzīvības koku, kas ir viņa uzskats par to, kā visas sugas, visas dzīvās būtnes uz Zemes sasaista evolucionārā vēsture — sugu izcelšanās, pamatojoties uz dabisko izlasi, un atdalīšanās no priekšteču populācijas.
Even as a scientist, I used to go to lectures by molecular biologists and find them completely incomprehensible, with all the fancy technical language and jargon that they would use in describing their work, until I encountered the artworks of David Goodsell, who is a molecular biologist at the Scripps Institute. And his pictures -- everything's accurate and it's all to scale. And his work illuminated for me what the molecular world inside us is like.
Pat kā zinātnieks es mēdzu apmeklēt molekulārbiologu lekcijas, un man tās šķita pilnīgi nesaprotamas sarežģītās tehniskās valodas un žargona dēļ, ko viņi izmantoja, aprakstot savu darbu, līdz iepazinos ar Deivida Gudsela, Skripsas institūta molekulārbiologa, mākslas darbiem. Viņa attēlos viss ir precīzs un atbilstošs mērogam. Viņa darbi man parādīja, kā izskatās molekulārā pasaule mūsos.
So this is a transection through blood. In the top left-hand corner, you've got this yellow-green area. The yellow-green area is the fluid of blood, which is mostly water, but it's also antibodies, sugars, hormones, that kind of thing. And the red region is a slice into a red blood cell. And those red molecules are hemoglobin. They are actually red; that's what gives blood its color. And hemoglobin acts as a molecular sponge to soak up the oxygen in your lungs and then carry it to other parts of the body.
Lūk, asins šķērsgriezums. Augšējā kreisajā stūrī ir dzelteni zaļš laukums. Šis dzelteni zaļais laukums ir asins šķidrums, ko lielākoties veido ūdens, kā arī antivielām, cukuriem, hormoniem un tamlīdzīgi. Sarkanais apvidus ir iegriezums sarkanajā asins šūnā. Tās sarkanās molekulas ir hemoglobīns. Tās patiešām ir sarkanas; tās mūsu asinīm dod sarkano krāsu. Hemoglobīns darbojas kā molekulārs sūklis, kas uzsūc skābekli no plaušām un tad to pārnes uz citām ķermeņa daļām.
I was very much inspired by this image many years ago, and I wondered whether we could use computer graphics to represent the molecular world. What would it look like? And that's how I really began. So let's begin.
Pirms daudziem gadiem mani ārkārtīgi iedvesmoja šis attēls, un es vēlējos uzzināt, vai varam izmantot datorgrafiku molekulārās pasaules attēlošanai. Kā tā izskatītos? Tā es arī patiešām visu sāku. Tad nu sāksim. Lūk, DNS klasiskajā dubulspirāles formā.
This is DNA in its classic double helix form. And it's from X-ray crystallography, so it's an accurate model of DNA. If we unwind the double helix and unzip the two strands, you see these things that look like teeth. Those are the letters of genetic code, the 25,000 genes you've got written in your DNA. This is what they typically talk about -- the genetic code -- this is what they're talking about. But I want to talk about a different aspect of DNA science, and that is the physical nature of DNA. It's these two strands that run in opposite directions for reasons I can't go into right now. But they physically run in opposite directions, which creates a number of complications for your living cells, as you're about to see, most particularly when DNA is being copied.
Tā iegūta, izmantojot rentgena kristalogrāfiju, tādēļ ir precīzs DNS modelis. Ja attinam dubultspirāli un kā ar rāvējslēdzēju atvelkam šos divus pavedienus, tad varam redzēt šādu attēlu, kas izskatās kā zobi. Tie ir ģenētiskā koda burti; 25000 gēni, kas ierakstīti jūsu DNS. Par to parasti runā. Ģenētiskais kods — tieši par to parasti runā. Tomēr vēlos runāt par citu DNS zinātnes aspektu, un tā ir DNS fiziskā daba. Tās ir šīs divas ķēdes, kas stiepjas pretējos virzienos viena otrai, kam par pamatu ir iemesli, kuros neiedziļināšos. Tomēr tās fiziski stiepjas pretējos virzienos, kas rada vairākus sarežģījumus dzīvām šūnām, kā tūlīt redzēsiet, jo sevišķi tad, kad DNS kopē.
And so what I'm about to show you is an accurate representation of the actual DNA replication machine that's occurring right now inside your body, at least 2002 biology. So DNA's entering the production line from the left-hand side, and it hits this collection, these miniature biochemical machines, that are pulling apart the DNA strand and making an exact copy. So DNA comes in and hits this blue, doughnut-shaped structure and it's ripped apart into its two strands. One strand can be copied directly, and you can see these things spooling off to the bottom there. But things aren't so simple for the other strand because it must be copied backwards. So it's thrown out repeatedly in these loops and copied one section at a time, creating two new DNA molecules.
Es jums parādīšu precīzu attēlojumu DNS replikācijas mašīnai, kas pašlaik darbojas jūsu ķermenī; tā ir vismaz 2002. gada bioloģija. DNS ieiet ražošanas līnijā no kreisās puses, tā saskaras ar šiem sakopojumiem, miniatūrām bioķīmijas mašīnām, kas atplēš DNS pavedienu un rada precīzu kopiju. DNS ienāk un atduras pret šo zilo, virtuļveidīgo struktūru, un to atplēš divos pavedienos. Vienu pavedienu iespējams kopēt tieši, un kā redzat, tos attin tur apakšā. Tomēr ar otru pavedienu viss nav tik vienkārši, jo tas ir jākopē atmuguriski. Tādēļ to atkārtoti izmet šādās cilpās un kopē pa vienam fragmentam, radot divas jaunas DNS molekulas.
Now you have billions of this machine right now working away inside you, copying your DNA with exquisite fidelity. It's an accurate representation, and it's pretty much at the correct speed for what is occurring inside you. I've left out error correction and a bunch of other things.
Jums ir miljardiem šādu mašīnu, kas pašlaik jūsos strādā, kas kopē DNS ar ārkārtīgu precizitāti. Tas ir precīzs atspoguļojums, un principā notiek atbilstoši tam ātrumam, kāds notiek jūsos. Esmu izlaidis kļūdu labošanu un vēl šo to.
(Laughter)
Šis darbs tika radīts pirms vairākiem gadiem.
This was work from a number of years ago-- Thank you.
Paldies. Šis darbs tika radīts pirms vairākiem gadiem,
(Applause)
This is work from a number of years ago, but what I'll show you next is updated science, it's updated technology. So again, we begin with DNA. And it's jiggling and wiggling there because of the surrounding soup of molecules, which I've stripped away so you can see something. DNA is about two nanometers across, which is really quite tiny. But in each one of your cells, each strand of DNA is about 30 to 40 million nanometers long. So to keep the DNA organized and regulate access to the genetic code, it's wrapped around these purple proteins -- or I've labeled them purple here. It's packaged up and bundled up. All this field of view is a single strand of DNA. This huge package of DNA is called a chromosome. And we'll come back to chromosomes in a minute.
taču nu es jums parādīšu jaunāko zinātni, jaunāko tehnoloģiju. Tādēļ atkal sāksim ar DNS. Tā tur līgojas un grīļojas, jo to ietver molekulu zupa, ko esmu noņēmis, lai būtu iespējams kaut ko redzēt. DNS ir aptuveni divus nanometrus plata, kas ir ļoti maz. Tomēr katrā no jūsu šūnām DNS pavediens ir aptuveni 30 līdz 40 miljonus nanometru garš. Lai DNS būtu organizēta un tiktu regulēta pieeja ģenētiskajam kodam, to ietver šīs purpursarkanās olbaltumvielas, esmu šeit tās iezīmējis purpursarkanas. Tā ir iesaiņota un satīta. Viss šajā redzeslaukā ir viens DNS pavediens. Tas ir milzīgs DNS kopojums, ko sauc par hromosomu. Pēc mirkļa atgriezīsimies pie hromosomām.
We're pulling out, we're zooming out, out through a nuclear pore, which is the gateway to this compartment that holds all the DNA, called the nucleus. All of this field of view is about a semester's worth of biology, and I've got seven minutes, So we're not going to be able to do that today? No, I'm being told, "No."
Atvirzām, attālinām ārpus kodola poras, kas ir vārti šim nodalījumam, kas ietver visu DNS, ko sauc par kodolu. Viss redzamais ir aptuveni viena semestra bioloģijas materiāls, un man ir septiņas minūtes. Tātad mēs nevarēsim šodien visu paspēt? Nē, man saka: „Nē.”
This is the way a living cell looks down a light microscope. And it's been filmed under time-lapse, which is why you can see it moving. The nuclear envelope breaks down. These sausage-shaped things are the chromosomes, and we'll focus on them. They go through this very striking motion that is focused on these little red spots. When the cell feels it's ready to go, it rips apart the chromosome. One set of DNA goes to one side, the other side gets the other set of DNA -- identical copies of DNA. And then the cell splits down the middle. And again, you have billions of cells undergoing this process right now inside of you.
Šādi izskatās dzīva šūna gaismas mikroskopā. Tā nofilmēta paātrinājumā; tādēļ varat redzēt, kā tā kustas. Kodola apvalks sadalās. Šie cīsiņiem līdzīgie veidojumi ir hromosomas; mēs pievērsīsimies tām. Tās veic šo pārsteidzošo kustību, kuras centrā ir šie sarkanie punktiņi. Kad šūna jūtas gatava, tā atplēš hromosomu. Viens DNS komplekts pārvietojas uz vienu pusi, otrā pusē nonāk otrs DNS komplekts — identiskas DNS kopijas. Tad šūna sadalās uz pusēm. Vēlreiz atgādinu, ka jums ir miljardiem šūnu, ar kurām šis process pašlaik jūsos noris.
Now we're going to rewind and just focus on the chromosomes, and look at its structure and describe it. So again, here we are at that equator moment. The chromosomes line up. And if we isolate just one chromosome, we're going to pull it out and have a look at its structure. So this is one of the biggest molecular structures that you have, at least as far as we've discovered so far inside of us. So this is a single chromosome. And you have two strands of DNA in each chromosome. One is bundled up into one sausage. The other strand is bundled up into the other sausage.
Nu dosimies atpakaļ un pievērsīsimies hromosomām, apskatīsim tās uzbūvi un aprakstīsim to. Norādīšu, ka pašlaik hromosomas atrodas vidū. Hromosomas sastājas rindā. Ja izolējam tikai vienu hromosomu, izvilksim to un apskatīsim tās uzbūvi. Šī ir viena no lielākajām jūsos esošajām molekulārajām struktūrām, vismaz no līdz šim atklātajām. Lūk, atsevišķa hromosoma. Jums ir divi DNS pavedieni katrā hromosomā. Viens ir satīts vienā cīsiņā. Otrs pavediens ir satīts otrā cīsiņā.
These things that look like whiskers that are sticking out from either side are the dynamic scaffolding of the cell. They're called microtubules, that name's not important. But we're going to focus on the region labeled red here -- and it's the interface between the dynamic scaffolding and the chromosomes. It is obviously central to the movement of the chromosomes. We have no idea, really, as to how it's achieving that movement.
Šie te, kas izskatās pēc ūsām, kas atrodas katrā pusē, ir dinamiskas šūnas sastatnes. Tās sauc par mikrocaurulītēm. Nosaukums nav tik svarīgs. Pievērsīsimies šim sarkanajam apvidum, esmu to iezīmējis sarkanu — tā ir saskarne starp dinamiskajām sastatnēm un hromosomām. Tai acīmredzami ir liela nozīme hromosomu kustībā. Mums nav ne jausmas, kā tā panāk šādu kustību.
We've been studying this thing they call the kinetochore for over a hundred years with intense study, and we're still just beginning to discover what it's about. It is made up of about 200 different types of proteins, thousands of proteins in total. It is a signal broadcasting system. It broadcasts through chemical signals, telling the rest of the cell when it's ready, when it feels that everything is aligned and ready to go for the separation of the chromosomes. It is able to couple onto the growing and shrinking microtubules.
Pētām šo lietu, ko sauc par kinetohoru, vairāk nekā simts gadu, veicot intensīvus pētījumus, un tikai sākam atklāt tā nozīmi. To veido aptuveni 200 atšķirīgu olbaltumvielu veidi; kopumā tūkstošiem olbaltumvielu. Tā ir signālu pārraides sistēma. Tā pārraida, izmantojot ķīmiskus signālus, ziņojot atlikušajai šūnas daļai, kad tā ir gatava, kad jūt, ka viss ir pareizi sastājies un gatavs hromosomu atdalīšanai. Tas spēj pieķerties augošajām un sarūkošajām mikrocaurulītēm.
It's involved with the growing of the microtubules, and it's able to transiently couple onto them. It's also an attention-sensing system. It's able to feel when the cell is ready, when the chromosome is correctly positioned. It's turning green here because it feels that everything is just right. And you'll see, there's this one little last bit that's still remaining red. And it's walked away down the microtubules. That is the signal broadcasting system sending out the stop signal. And it's walked away -- I mean, it's that mechanical. It's molecular clockwork.
Tas ir iesaistīts mikrocaurulīšu augšanā un spēj ar tām īslaicīgi savienoties. Tā ir arī uzmanību sajūtoša sistēma. Tā spēj sajust, kad šūna ir gatava, kad hromosoma ir pareizi novietota. Šeit tā kļūst zaļa, jo jūt, ka viss ir kārtībā. Redzēsit, ka ir tikai viena pēdējā daļiņa, kas joprojām ir sarkana. Tad to aiznes projām pa mikrocaurulītēm. Tā ir signālu pārraides sistēma, kas izsūta stopsignālu. To aiznes projām. Ar to gribu teikt, ka tas ir tik mehāniski. Kā molekulārs pulksteņa mehānisms.
This is how you work at the molecular scale. So with a little bit of molecular eye candy,
Tā jūs darbojaties molekulārā mērogā. Nedaudz molekulāra bauda acīm,
(Laughter)
mums ir kinezīni, kas ir tie oranžie.
we've got kinesins, the orange ones. They're little molecular courier molecules walking one way. And here are the dynein, they're carrying that broadcasting system. And they've got their long legs so they can step around obstacles and so on. So again, this is all derived accurately from the science. The problem is we can't show it to you any other way.
Tās ir mazas molekulāras kurjera molekulas, kas dodas vienā virzienā. Lūk, dineīni. Tie nes šo pārraides sistēmu. Tiem ir garas kājas, lai varētu pārkāpt šķēršļiem un tamlīdzīgi. Atkārtošu vēlreiz, tas viss ir veidots zinātniski precīzi. Problēma ir, ka nekā citādāk jums to nevaram parādīt.
Exploring at the frontier of science, at the frontier of human understanding, is mind-blowing. Discovering this stuff is certainly a pleasurable incentive to work in science. But most medical researchers -- discovering the stuff is simply steps along the path to the big goals, which are to eradicate disease, to eliminate the suffering and the misery that disease causes and to lift people out of poverty.
Pētot jaunas zinātnes robežas, veidot jaunu cilvēces priekšstatu ir prātam neaptverami. Šādu lietu atklāšana noteikti ir patīkams mudinājums nodarboties ar zinātni. Tomēr lielākā daļa medicīnas zinātnieku; šo lietu atklāšana ir tikai soļi ceļā uz lielajiem mērķiem, kas ir: slimību likvidēšana, slimību radīto ciešanu un posta novēršana un nabadzības izskaušana.
Thank you.
Paldies.
(Applause)
(Aplausi)